Lautsprecher-Folie zum Aufkleben

Ulsan (Südkorea) - Den wahrscheinlich dünnsten Lautsprecher der Welt haben nun koreanische Wissenschaftler entwickelt. Durchsichtig und flexibel haftet er mühelos auf der Haut und schmiegt sich sogar den filigranen Furchen auf einer Fingerkuppe an. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichten, nutzten sie für ihre Lautsprecherfolie ein Netzwerk aus Silbernanodrähten, das sie in einem elastischen Kunststofffilm einlagerten. Auf dem gleichen Prinzip für Nanomembranen aufbauend konnten sie auch ein hauchdünnes Mikrofon konstruieren.

Hyunhyub Ko und seine Kollegen vom Ulsan National Institute of Science and Technology fertigten die hauchdünnen Lautsprecher und Mikrofone in mehreren Arbeitsschritten. Zuerst ordneten sie ein Netzwerk aus 35 Nanometer dünnen und bis zu 20 Mikrometer langen Nanodrähten aus Silber auf einer Zinkoxid-Schicht an. Über dieses Netzwerk verteilten sie einen durchsichtige und flexible Kunststoffmasse. So entstand eine etwa 100 Nanometer dünne Nanomembran, die sich ohne Probleme von der Zinkoxid-Schicht ablösen ließ.

An die stabile und leicht biegsame Nanomembran schlossen die Forscher nun zwei Kupferelektroden an. An diese legten sie in einem ersten Versuch eine 10 Volt-Wechselspannung mit einer Frequenz von zehn Kilohertz. Dadurch wurde die Nanomembran mit der gleichen Frequenz erwärmt und kühlte zwischen den Spannungspulsen wieder ab. Durch das Aufheizen wurde auch die direkt umgebende Luft erwärmt und in Schwingung versetzt. Eine Schallwelle wurde ausgesendet und ein gleichmäßiger Ton war zu hören. In einem weiteren Experiment variierten sie die Spannungspulse entsprechend der Tonfolge eines Violinkonzerts von Niccolò Paganini. Über den gleichen thermoakustischen Effekt war die Musik über einen Frequenzbereich zwischen einem und zwanzig Kilohertz zwar leise, aber dennoch gut zu hören.

Für die hauchdünne Mikrofonfolie griffen Ko und Kollegen ebenfalls auf die flexible Nanomembran mit Nanodraht-Netzwerk zurück. Die Membran legten sie auf eine mit winzigen Pyramiden strukturierte Fläche aus Silikomgummi (Polydimethylsiloxan, PDMS). Trafen nun Schallwellen auf die Nanomembran, rieb sie sich entsprechend der Schallfrequenzen auf dem mikrostrukurierten Silikongummi. Dabei bildeten sich über den sogenannten triboelektrischen Effekt elektrische Spannungen zwischen 20 und 200 Millivolt. Messungen belegten, dass der Verlauf dieser Spannungspulse weitestgehend dem Frequenzverlauf der Schallwellen zwischen zehn und 10.000 Hertz entsprach.

Diese Prototypen zeigen, dass sowohl Lautsprecher als auch Mikrofone aus hauchdünnen, flexiblen Nanomembranen gefertigt werden können. Anwendungen sehen die Forscher beispielsweise für elektronische Kleidung mit integrierter Audio-Technik oder für einer tecnische elegantere Kommunikation zwischen Mensch und Maschine. „Bis zu einer kommerziellen Anwendung müssen aber noch einige Hürden überwunden werden“, sagt Ko. Denn sowohl Ton- als auch Aufnahmequalität von Lautsprecher- und Mikrofonfolien sind bisher gering. Auch die Stabilität der Nanomembranen wollen die Forscher noch weiter erhöhen.